Slik bygger du et Faraday-bur

Innhold

• Faraday Cage
• Tips
• Faraday Cage DIY
• Faraday Cage Wifi
• Faraday Cage-applikasjoner
• Faraday Cage Physics
• Faraday Cage House
• Faraday Cage for Generator History

Elektrisitet kan være farlig, men ved å ta passende sikkerhetsforhold kan du studere hvordan ladninger flyter, hvordan elektriske felt oppstår og hvordan andre fenomener i elektrisitet fungerer.

Siden soloppgangen i fysikk har forskere brukt utstyr for å beskytte seg mot skade når de utfører eksperimenter. Denne kunnskapen ville skape Faraday-bur som metoder for å forhindre mennesker i å bli skadet av strøm.

Faraday Cage

Tips

Når et eksternt elektrisk felt kommer i kontakt med merden, genererer merden det samme elektriske feltet som om ladningen var plassert inne. Overflaten nøytraliseres med overflødig ladning som strømmer til bakken hvis merden er jordet. Dette forhindrer at det dannes spenning på den andre siden av merden slik at feltet ikke passerer materialet. Ladningene omfordelte seg på den andre siden av materialet da elektrostatiske ladninger induseres på overflaten.

Faraday Cage DIY

Denne metoden for å bygge et Faraday-bur krever metalliske plater av kobber eller aluminium, tape, saks, en papp eller lignende materialbeholder og en ballong for å teste om buret fungerer. Materialet som fungerer best er aluminium, kobber eller kyllingtråd for et Faraday bur. Faraday-bur trenger mye kontakt mellom metallkomponentene, slik at en mesh-design kan fungere bra.

Form beholderen til et Faraday-skjold eller bur ved å gjøre den om til for eksempel en boks som kan beskytte deg mot omgivelsene dine. Pakk folien eller metallarkene rundt beholderen. Forsikre deg om at buret har mye kontakt mellom metallplatene.

Klipp en skjerm slik at du kan se utsiden fra innsiden av buret. Forsikre deg om at hullene er mindre enn bølgelengden til den elektromagnetiske strålingen du vil blokkere fra å komme inn.

Noen generelle instruksjoner er:

Faraday Cage Wifi

Prøv å bruke mobiltelefonen din inne i buret. Mottar eller overfører det wifi-signalene? Du bør fortsatt få en svakere mengde wifi fordi Faraday-bur kan dempe frekvensen på mobiltelefoner, men ikke stoppe det helt.

Radiobølger som mobiltelefoner bruker, har små nok frekvenser til å lekke gjennom små hull i buret, så du må lodde eller sveise små hull i Faraday-buret for å handle mot dem.

Faraday Cage-applikasjoner

Kjemikere bruker Faraday-bur for å redusere støy fra eksterne kilder mens de foretar nøyaktige målinger. Digitale rettsmedisinske forskere bruker Faraday-vesker, Faraday-bur laget av fleksibelt metallisk stoff, for å forhindre fjerntørking og endring av kriminelle bevis.

Faraday-bur sørger for datamaskiner for å hindre handlinger som spionering. Biler og fly fungerer i det vesentlige som Faraday-bur ved å hindre passasjerer i å komme i kontakt med skadelige elektriske ladninger.

Faraday-bur brukes også til å forhindre at radiosendere forstyrrer annet utstyr og beskytter enkeltpersoner og gjenstander mot strøm fra lynnedslag og utladninger. Husholdningsapparater bruker dem også. Mikrobølger har skjold for å forhindre at bølger forlater interiøret, mens TV-kabler reduserer ekstern elektromagnetisk forstyrrelse for å lage bilder.

Ulike konduktiviteter av metaller kan påvirke hvordan Faraday-bur hindrer at elektriske felt kommer inn. Kobber er det mest effektive, brukt i MR-anlegg og dataapparater på sykehus, som kan formes til messing og fosforbronslegeringer for enda mer spesifikke formål.

Aluminium er også et godt materiale fordi det er sterkt for vekten og har en høy konduktivitet, men det kan ruste over tid og ikke loddes godt. Andre funksjoner i utformingen av Faraday-bur inkluderer pris, korrosjon, tykkelse, formbarhet, frekvenser som er blokkert og hvordan materialene i seg selv kan formes til et bur.

Faraday Cage Physics

••• Syed Hussain Ather

Faraday-bur beskytter innsiden av elektriske felt, et kraftfelt som omgir ladede partikler som protoner eller elektroner. Coulombs lov kan brukes til å beskrive den elektriske kraften E som E = e₁ e₂/ 4πε₀r² hvor _r er radius mellom til ladede partikler, ε₀ er et konstant antall vakuumpermittivitet på 8.854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ og _e₁ e₂ er ladningene til partiklene.

Når du er inne i merden, kan all elektrisitet som kommer i kontakt med den ytre overflaten, måles ved hjelp av denne formelen. Nettfeltet inne i merden forblir null, og beskytter det som er inne i merden.

Ladningene i en leder, slik som ledermaterialet i et Faraday-bur, ved likevekt, bør være så langt fra hverandre som mulig, slik at ladningen forblir på overflaten. Dette holder det elektriske feltet inne i null. Hvis du hadde med deg en positivt ladet gjenstand til utsiden av merden, ville elektronene på den indre overflaten samle seg rundt det for å avbryte den.

Faraday Cage House

Hvis du forestilte deg deg selv i et bur i Faraday, kan du bruke forskjellige materialer for å beskytte deg mot elektromagnetisk forstyrrelse.

Kobber er det mest pålitelige elementet for magnetisk resonansavbildning (MRI) i medisin for å beskytte mennesker mot skadene ved elektromagnetisk stråling. Det er også enkelt å kombinere med andre elementer for å lage legeringer som messing, fosfor bronse og berylliumkobber som har høyere ledningsverdier.

Pre-tin plated stål er et kostnadseffektivt materiale som blokkerer lavere frekvenser fra å komme inn. Karbonstål er et annet ideelt valg som kan blokkere frekvenser andre legeringer og elementer går glipp av. Disse materialene kommer ofte med tinnbelegg for å forhindre at de korroderer.

Kobberlegering er kjent for å kunne motstå korrosjon. Aluminium er et annet ideelt valg som, selv om du trenger å undersøke dets galvaniske korrosjons- og oksidasjonsegenskaper, kan tjene en rekke bruksområder på grunn av det gode styrke-til-vektforholdet og den høye mengden ledningsevne.

Faraday Cage for Generator History

••• Syed Hussain Ather

I 1836 observerte fysiker Michael Faraday at en ladet leder ville lagre overflødig ladning inne i selve materialet, ikke i hulrommet som lederen omsluttet. Han belagte et rom med metallfolie. Med en elektrostatisk generator utenfor, merket han at det ikke var noen ladning inne i henhold til elektroskopet hans, en enhet som ble brukt til å måle elektrisk ladning. Det brukte han til å bygge et Faraday-bur for denne generatoren.

Syv år senere demonstrerte Faraday ladningsrestene på overflaten av en leder for metalliske overflater. Ved hjelp av en metallbøtte med is viste han den elektriske ladningen i et skall av en leder skaper en ladning på den indre overflaten av skallet. Ladningen påvirket ikke det indre volumet av skallet. Ved å bruke et elektronoskop for å måle elektriske ladninger, ville eksperimentet hans bli det første kvantitative eksperimentet med elektrisk ladning.